فناوری انتقال UHV وارد عصر جدیدی از DC انعطاف پذیر می شود

انتقال انرژی پاک در مقیاس بزرگ اولین مشکلی است که باید در سیستم قدرت جدید حل شود

در توزیع انرژی پاک و تقاضای برق کشور من "خط هو هوانیونگ" وجود دارد. با توجه به عواملی مانند اقلیم، توسعه بهره وری، اقتصاد سیاسی تاریخی و عوامل دیگر، توسعه اقتصادی بین مناطق در کشور ما نامتوازن است. «خط هو هوانیونگ» (همچنین به عنوان خط هیهه-تنگ‌چونگ) که در سال 1935 ارائه شد، توصیفی معمولی از این پدیده است: منطقه شرق خط هو هوانیونگ حدود 36 درصد از مساحت کشور و بیش از 95 درصد را اشغال می‌کند. جمعیت کشور (در داده های دهه 1930 در آن زمان). همچنین در توزیع انرژی پاک و تقاضای برق چین «خط Hu Huanyong» وجود دارد. شرق خط Hu Huanyong 86.5 درصد برق مصرف می‌کند، در حالی که غرب فقط 13.5 درصد برق مصرف می‌کند. با این حال، از نظر توزیع انرژی پاک، از توزیع منابع بادی و منابع نور در چین می توان دریافت که غرب خط Hu Huanyong بسیار بالاتر از شرق خط Hu Huanyong است. به جز منابع نیروی بادی فراساحلی، سایر منابع بادی باکیفیت بسیار دور از مناطق پر بار هستند و نیازهای زیادی به استقرار نیرو دارند.

نیروی بادی فراساحلی یک منبع انرژی پاک مهم در امتداد سواحل است، و این روند روزگاری است که به فراساحل رفته و افزایش یافته است. نیروی بادی فراساحلی چین به سرعت در حال توسعه است. در سال 2020، ظرفیت نصب شده نیروگاه بادی فراساحلی چین به 3.1 گیگاوات می رسد و برای اولین بار از اروپا پیشی می گیرد و به بزرگترین بازار نیروی بادی دریایی جهان تبدیل می شود، با ظرفیت نصب شده جدید بیش از نیمی از کل جهان. در سال 2021، ظرفیت نیروگاه بادی دریایی تازه نصب شده چین 16.9 گیگاوات خواهد بود که یک رکورد بالاست. با این حال، با برداشته شدن یارانه های دولتی برای نیروی بادی دریایی در سال 2022، انرژی بادی فراساحلی وارد دوران برابری می شود و ظرفیت نصب شده به سطح عادی باز می گردد. نیروی باد فراساحلی نزدیک به مرکز بار است که برای مصرف مساعد است و خروجی نیروی باد دریایی نسبتاً پایدار است و ساعات استفاده زیاد است. این بهترین انرژی پاک در مناطق ساحلی است. با توجه به برنامه ریزی نیروی باد دریایی گوانگدونگ، جیانگ سو و مکان های دیگر، همراه با روند توسعه نیروی باد دریایی خارجی، دریای عمیق و مقیاس بزرگ روند کلی هستند.

UHV DC بهترین راه حل برای انتقال نیرو در مقیاس بزرگ در سراسر مناطق است

UHV شامل انتقال UHV AC و UHV DC است. UHV AC به پروژه های انتقال AC با سطح ولتاژ 1000 کیلو ولت و UHVDC به پروژه های انتقال DC با سطح ولتاژ ± 800 کیلو ولت و بالاتر اشاره دارد. اصول فنی و منطق توسعه این دو کاملاً متفاوت است. UHV DC یک پروژه معمولی انتقال برق نقطه به شبکه است. اصل اساسی آن استفاده از شیر مبدل برای تبدیل برق AC به برق DC و سپس تبدیل برق DC به برق AC پس از انتقال به مقصد و سپس اتصال آن به شبکه برق AC است. هدف اصلی انتقال انرژی الکتریکی است. AC UHV علاوه بر انتقال انرژی الکتریکی، نقش بهبود ساختار شبکه و افزایش پایداری شبکه را نیز بر عهده دارد. فناوری انتقال DC یک فناوری انتقال نیرو بر اساس فناوری الکترونیک قدرت است. با توجه به مزایای توپولوژی ساده، تبدیل آسان ولتاژ و هزینه کم تجهیزات، انتقال AC به متداول ترین فناوری انتقال برق در کشورهای سراسر جهان تبدیل شده است و هنوز هم مهمترین بخش شبکه برق چین است. فناوری انتقال DC یک مسیر فنی است که همراه با تولد فناوری الکترونیک قدرت توسعه یافته است.

با توجه به دستگاه ها و عملکردهای مختلف الکترونیکی قدرت، می توان آن را به دو مسیر تقسیم کرد: جریان مستقیم معمولی (LCC) و جریان مستقیم انعطاف پذیر (VSC):

(1) جریان مستقیم معمولی (LCC) یک فناوری انتقال جریان مستقیم است که از قطعات الکترونیکی قدرت نیمه کنترل شده مانند تریستورها به عنوان اجزای اصلی دریچه مبدل استفاده می کند. مزایای آن ظرفیت انتقال بزرگ و هزینه کم است، اما نیاز به پشتیبانی قوی از شبکه AC دارد. مقدار هارمونیک ها زیاد است و توان راکتیو باید از شبکه جذب شود، بنابراین تعداد زیادی فیلتر DC و تجهیزات فیلتر AC باید پیکربندی شوند.

(2) Flexible DC (VSC) یک فناوری انتقال DC است که از قطعات الکترونیکی قدرت کاملاً کنترل شده مانند IGBTها به عنوان اجزای اصلی دریچه مبدل استفاده می کند. مزیت آن این است که می تواند یک جریان متناوب بسیار نزدیک به موج سینوسی استاندارد از طریق فناوری چند سطحی مدولار ایجاد کند و توان اکتیو و توان راکتیو را می توان به طور مستقل بدون تجهیزات فیلتر یا پشتیبانی از شبکه AC تنظیم کرد. عیب آن بالا بودن هزینه و کم بودن ظرفیت تحویل است.

از منظر انتقال برق از راه دور، DC UHV مزایای آشکاری نسبت به AC UHV دارد: الگوی کلی عملیات پارتیشن بندی شده شبکه برق کشور من تغییر نخواهد کرد. بهره برداری از شبکه برق کشور من توسط سه اپراتور اصلی، شرکت دولتی شبکه چین، شرکت شبکه برق جنوبی چین و شرکت برق مغولستان داخلی انجام می شود. 7 شبکه برق سنکرون منطقه ای وجود دارد و فقط ارتباط ضعیفی بین شبکه های برق منطقه ای وجود دارد و بیشتر تولید و مصرف برق در داخل منطقه تولید می شود.

بر اساس داده های شورای برق چین، در سال 2021، 687.6 میلیارد کیلووات ساعت برق در سراسر مناطق سراسر کشور منتقل می شود که تنها حدود 8.3 درصد از مصرف برق کل جامعه را تشکیل می دهد و ارتباطات بین مناطق نسبتاً برقرار است. ضعیف. گسترش شبکه برق متناوب ممکن است باعث افزایش خطر شبکه برق به جای سقوط شود. بر اساس نظر مشورتی آکادمی مهندسی چین در سال 2018 "پژوهش الگوی شبکه برق آینده کشور من (2020)"، ما باید به ساختار با شش شبکه اصلی برق منطقه ای به عنوان بدنه اصلی (سرمایه گذاری پروژه چونگ کینگ-هوبئی 2019) ادامه دهیم. شبکه برق جنوب غربی و شبکه برق مرکزی چین پس از حمل و نقل از هم جدا خواهند شد. بنابراین، AC UHV نمی تواند نیرو را در مناطق مختلف انتقال دهد و تنها در شرایط خاص مانند وجود منابع بادی و خورشیدی با کیفیت بالا و تقاضای زیاد برای برق در یک شبکه برق یکسان و فاصله بین این دو نقش دارد. نسبتا طولانی است.

انتقال DC بهترین اتصال شبکه منطقه ای است. با این حال، به دلیل تفاوت در منابع در مناطق مختلف، کشور من تقاضای نسبتا زیادی برای انتقال برق بین منطقه ای دارد. انتقال DC دارای سه مزیت زیر است که آن را به بهترین راه حل برای انتقال برق بین منطقه ای تبدیل می کند:

(1) انتقال DC اقتصاد برجسته ای در انتقال قدرت از راه دور دارد. هزینه ایستگاه های مبدل DC بیشتر از پست های AC است، اما از آنجایی که انتقال DC اثر پوستی و قدرت شارژ ندارد، میزان استفاده از خطوط انتقال بالاتر است. بنابراین، زمانی که فاصله انتقال به اندازه کافی طولانی باشد، اقتصاد آن از انتقال AC پیشی می گیرد.

(2) می توان از آن برای اتصال شبکه ناهمزمان استفاده کرد. اتصال به شبکه AC مستلزم این است که فرکانس کل شبکه ثابت باشد، بنابراین نمی توان از آن برای اتصال ناهمزمان به شبکه استفاده کرد. انتقال برق DC ابتدا برق AC را به برق DC تبدیل می کند و سپس آن را به برق AC معکوس می کند، که می تواند برای اتصال ناهمزمان به شبکه اعمال شود.

(3) برای جداسازی تصادفات شبکه مفید است و خطر حوادث شبکه را افزایش نمی دهد. انتقال DC UHV را می توان به عنوان یک منبع تغذیه قابل کنترل از راه دور شبکه انتهایی دریافت کننده در نظر گرفت. شبکه‌های دو انتها جفت نشده‌اند و شبکه‌های هر دو انتها را می‌توان جدا کرد. در صورت وقوع یک حادثه جدی در شبکه برق، UHV DC می تواند تصادف را بدون افزایش خطر حوادث شبکه برق جدا کند. یکی دیگر از سناریوهای کاربردی معمول UHV AC تقویت شبکه برق است. همانطور که انتقال جریان مستقیم در مقیاس بزرگ کشور من وارد شمال چین، شرق چین، چین مرکزی و جنوب غربی چین می شود، قدرت شبکه برق AC ایمنی کل سیستم قدرت را تعیین می کند و تقاضا برای AC UHV بر این اساس افزایش می یابد.

نقش مهم DC انعطاف پذیر در سیستم های قدرت جدید

جریان مستقیم انعطاف پذیر به ویژه برای انتقال نیروی باد دریایی در مقیاس بزرگ در دریاهای دور مناسب است. در حال حاضر، روش اصلی انتقال نیروی بادی فراساحلی، انتقال AC با ولتاژ بالا است، یعنی توربین‌های بادی دریایی به ایستگاه‌های تقویت‌کننده دریایی متصل می‌شوند، تا سطوح ولتاژ 220 کیلوولت یا بالاتر تقویت می‌شوند و سپس به شبکه‌های برق خشکی ارسال می‌شوند. از آنجایی که انتقال DC قدرت شارژ ندارد، سرمایه گذاری و راندمان انتقال کابل های زیردریایی بهتر از انتقال AC است. به طور کلی، زمانی که فاصله انتقال بیشتر از حدود 80 کیلومتر باشد، اقتصاد انتقال DC از انتقال AC بیشتر خواهد شد. علاوه بر این، از آنجایی که DC معمولی نیاز به پشتیبانی شبکه AC قوی دارد و مزارع بادی فراساحلی سیستم‌های AC ضعیفی هستند که از توربین‌های بادی تشکیل شده‌اند، که نمی‌توانند الزامات انتقال نیرو DC معمولی را برآورده کنند، DC انعطاف‌پذیر تنها راه‌حل اقتصادی و عملی شده است. مسیر فناوری هیبریدی LCC-VSC به طور موثر مشکل خرابی کموتاسیون DC UHV را در مناطقی با نقاط افت DC متراکم حل می کند. پس از چندین دهه ساخت و ساز، کشور من 32 پروژه انتقال جریان مستقیم با انتقال برق از راه دور به عنوان عملکرد اصلی ساخته است که بیش از 10 پروژه در دلتای رودخانه یانگ تسه یا استان گوانگدونگ واقع شده است و قرارگیری متراکم منجر به جریان مستقیم می شود. انتقال بین دو مکان خطر خرابی کموتاسیون افزایش می یابد و خطر پنهان حوادث شبکه برق افزایش می یابد. DC انعطاف پذیر می تواند به طور مستقل ولتاژ را بدون خطر خرابی کموتاسیون پشتیبانی کند و بهترین راه حل برای ادامه تغذیه DC به دو مکان فوق است. در حال حاضر، شبکه برق جنوبی چین پروژه انتقال DC Wudongde را تکمیل کرده است، و شبکه دولتی همچنین در حال ساخت پروژه انتقال DC UHV Baihetan-Jiangsu است که هر دو از فناوری DC انعطاف پذیر استفاده می کنند. اما راه حل های فنی این دو پروژه متفاوت است.

اتصال DC انعطاف پذیر قابلیت کمک متقابل شبکه برق را افزایش می دهد و قابلیت اطمینان و کارایی منبع تغذیه را بهبود می بخشد. علاوه بر طرح انتقال برق مرسوم در مسافت طولانی بین شبکه های برق منطقه ای در کشور من، مسیرهای DC انعطاف پذیر پشت سر هم می توانند برای اتصال در محل اتصال شبکه های برق منطقه ای استفاده شوند. DC منعطف پشت به پشت به ساخت یک ایستگاه یکسو کننده و یک ایستگاه اینورتر با هم بدون خط DC اشاره دارد. فناوری DC منعطف پشت سر هم می تواند قابلیت برق متقابل بین شبکه های برق منطقه ای را بدون گسترش دامنه حوادث شبکه برق بهبود بخشد. علاوه بر این، شبکه های برق 500 کیلوولت در گوانگدونگ، جیانگ سو و سایر نقاط چین در حال حاضر بسیار بزرگ هستند، با ساختارهای پیچیده و مشکلات برجسته جریان اتصال کوتاه بیش از حد. افزودن DC منعطف پشت سر هم برای "باز کردن" شبکه برق نیز می تواند به طور موثر مشکلات فوق را حل کند. پروژه پشت سر هم چونگ کینگ-هوبئی و پروژه اتصال بین فوجیان-گوانگدونگ در حال ساخت، کاربردهای معمولی پروژه های پشت سر هم مستقیم انعطاف پذیر هستند.